一种单极子馈电贴片天线及通信设备的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种单极子馈电贴片天线及通信设备。


背景技术：

2.天线是现代无线通信技术的重要元件之一，在万物互联时代，日益紧张的频谱资源，用户功能的增加，均需要天线向小型化、宽频带和易加工的方向发展。
3.平面单极子天线作为微带天线，由于剖面低，重量轻、具有平面结构以及易生产的特点，一直以来都被广泛运用。传统的微带天线整体阻抗带宽较小，且平面单极子天线的尺寸往往偏大，不利于天线小型化。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种单极子馈电贴片天线及通信设备，具体方案如下：
5.第一方面，本技术实施例提供了一种单极子馈电贴片天线，包括：介质基板、设置于所述介质基板第一表面的第一辐射单元、第一寄生单元和第二寄生单元以及设置于所述介质基板第二表面的第二辐射单元和凹形接地单元，其中，所述第一表面和所述第二表面相背设置；
6.所述第一辐射单元为非完全闭合的环状天线，贴合设置于所述介质基板第一表面的四周；
7.所述凹形接地单元设置于所述介质基板的第二表面的底部，所述第二辐射单元为单极子天线，所述单极子天线的根部设置于所述凹形接地单元的凹陷处；
8.所述第一寄生单元为开设十字槽的寄生贴片，所述第一寄生单元设置于所述单极子天线的顶部；
9.所述第二寄生单元设置于所述第一寄生单元和顶部的所述第一辐射单元之间。
10.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一辐射单元、所述第一寄生单元、所述第二寄生单元均以对称的方式设置于所述介质基板的正面，所述第二辐射单元和所述凹形接地单元均以对称的方式设置于所述介质基板的背面。
11.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一辐射单元包括第一天线块、第二天线块和第三天线块，其中，所述第一天线块、所述第二天线块和所述第三天线块彼此之间均具有缝隙，所述第一天线块、所述第二天线块和所述第三天线块在所述介质基板的第一表面上呈环形结构，所述第三天线块的面积大于所述第一天线块的面积或所述第二天线块的面积；
12.所述第一天线块、所述第二天线块和所述第三天线块朝向所述第二辐射单元的侧面均开设有多个具有预设宽度的凹槽，其中，第三天线块的凹槽数量大于第一天线块的凹槽数量或第二天线块的凹槽数量。
13.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一天线块中开设有一个矩形槽，
所述第二天线块中开设有一个矩形槽，所述第三天线块中开设有四个矩形槽。
14.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第三天线块还包括两个对称设置于所述第三天线块底部两侧的矩形枝节。
15.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述单极子馈电贴片天线的工作模式包括第一谐振模式、第二谐振模式、第三谐振模式和第四谐振模式；
16.所述第二辐射单元用于接收预设馈电信号，所述第二辐射单元单独激励时，所述单极子馈电贴片天线进入所述第一谐振模式；
17.所述第一辐射单元和所述第二辐射单元共同激励时，所述单极子馈电贴片天线进入所述第二谐振模式；
18.所述第一辐射单元单独激励时，所述单极子馈电贴片天线进入所述第三谐振模式；
19.所述第一寄生单元单独激励时，所述单极子馈电贴片天线进入所述第四谐振模式。
20.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一谐振模式和所述第四谐振模式的工作频段为高频，所述第二谐振模式的工作频段为低频，所述第三谐振模式的工作频段为中频。
21.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第二寄生单元还包括一个朝向所述第二辐射单元的凹槽。
22.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述凹形接地单元通过预设数量的金属过孔与所述第一辐射单元连接。
23.第二方面，本技术实施例提供了一种通信设备，所述通信设备包括第一方面及第一方面任一实施方式所述的单极子馈电贴片天线。
24.本技术实施例提供了一种单极子馈电贴片天线及通信设备，包括：介质基板、设置于所述介质基板第一表面的第一辐射单元、第一寄生单元和第二寄生单元以及设置于所述介质基板第二表面的第二辐射单元和凹形接地单元；所述第一辐射单元为非完全闭合的环状天线，贴合设置于所述介质基板第一表面的四周；所述凹形接地单元设置于所述介质基板的第二表面的底部，所述第二辐射单元为单极子天线，所述单极子天线的根部设置于所述凹形接地单元的凹陷处；所述第一寄生单元为开设十字槽的寄生贴片，所述第一寄生单元设置于所述单极子天线的顶部；所述第二寄生单元设置于所述第一寄生单元和顶部的所述第一辐射单元之间。本技术提供的天线结构简单，易于加工，具有稳定的全向辐射特性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
26.图1示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线的结构示意图；
27.图2示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线的第一表面结构示意图；
28.图3示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线的第二表面结构示意
图；
29.图4示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线工作在第一谐振模式时的结构示意图；
30.图5示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线工作在第二谐振模式时的结构示意图；
31.图6示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线工作在第三谐振模式时的结构示意图；
32.图7示出了本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线工作在第四谐振模式时的结构示意图。
33.附图标记汇总：
34.介质基板-10；第一辐射单元-20；第一寄生单元-21；第二寄生单元-22；
35.第二辐射单元-30；凹形接地单元-31。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
39.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
41.在固定无线接入(fixed wireless access，简称fwa)产品中，常采用微带天线来作为fwa产品的通讯天线，而由于传统微带天线的电尺寸变化较大，阻抗收敛性会随之变差，方向图也存在变形的可能。
42.基于现有微带天线的技术问题，本实施例提供一种具有小型化、超宽带、高效率的全向辐射特性的单极子馈电贴片天线。
43.参考图1，为本技术实施例提供的一种单极子馈电贴片天线的结构示意图，本技术实施例提供的单极子馈电贴片天线，如图1所示，包括：介质基板10、设置于所述介质基板10
第一表面的第一辐射单元21、第一寄生单元22和第二寄生单元23以及设置于所述介质基板10第二表面的第二辐射单元30和凹形接地单元31，其中，所述第一表面和所述第二表面相背设置；
44.所述第一辐射单元21为非完全闭合的环状天线，贴合设置于所述介质基板10第一表面的四周；
45.所述凹形接地单元31设置于所述介质基板10的第二表面的底部，所述第二辐射单元30为单极子天线，所述单极子天线的根部设置于所述凹形接地单元31的凹陷处；
46.所述第一寄生单元22为开设十字槽的寄生贴片，所述第一寄生单元22设置于所述单极子天线的顶部；
47.所述第二寄生单元23设置于所述第一寄生单元22和顶部的所述第一辐射单元21之间。
48.具体地，本实施例中的第一表面可以指代所述介质基板10的正表面，第二表面可以指代所述介质基板10的背表面，所述介质基板10的正表面和背表面的具体区分方式，可以根据实际应用场景中介质基板10的结构进行确定，此处不作限定。
49.在本实施例提供的单极子馈电贴片天线，通过设置在第一表面的第一辐射单元21、第一寄生单元22、第二寄生单元23，以及设置在第二表面的第二辐射单元30和凹形接地单元31，形成多种类型的谐振方式，从而能够覆盖全方向辐射特性。
50.具体的，如图2所示，所述第二辐射单元30为一种单极子天线，所述单极子天线作为本实施例提出的单极子馈电贴片天线的馈电主体，用于接入各类信号的馈入。
51.在实际应用过程中，所述单极子天线在接收信号馈入后，可以单独激励形成高频的谐振，形成第一谐振模式，也可以称为单极子模式。
52.如图4所示，在第一谐振模式下，所述单极子馈电贴片天线输出的高频波长与单极子天线的长度具有关联关系，所述单极子天线的长度约为所述高频波长的1/4。
53.在具体实施过程中，用户可以通过改变所述单极子天线的长度来改变所述第一谐振模式下的高频波长。
54.具体地，所述单极子天线可以采用三阶渐变结构，将辐射阻抗从较低阻抗阈值到较高阻抗阈值渐次展开，举例来说，所述单极子天线的辐射阻抗可以从50ω到377ω渐次展开。
55.通过采用三阶渐变结构的单极子天线，能够有效避免剧烈阻抗变换导致的传输效率降低的问题，可以调节天线的输入阻抗，以有效展开带宽。
56.如图2所示，所述凹形接地单元31设置于所述介质基板10的第二表面的底部，具体的，所述凹形接地单元31还可以通过预设数量的金属化过孔与所述第二辐射单元30相连接，作为馈电的一部分，用于焊接同轴线外导体。
57.在一种实施例中，所述预设数量可以为4个。
58.所述凹形接地单元31的凹形结构，能够有效调节本实施例单极子馈电贴片天线的输入阻抗。
59.参考图3，所述第一辐射单元21可以为非完全闭合的环状天线，贴合设置于所述介质基板10第一表面的四周，如图3所示，所述第一辐射单元21可以由多个包括凹槽结构的矩形块组成。
60.需知的，所述第一辐射单元21也可以由多个包括凹槽结构的圆形块或多边形快组成，本实施例对第一辐射单元21的天线块的具体结构不作限定。
61.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一辐射单元21包括第一天线块、第二天线块和第三天线块，其中，所述第一天线块、所述第二天线块和所述第三天线块彼此之间均具有缝隙，所述第一天线块、所述第二天线块和所述第三天线块在所述介质基板10的第一表面上呈环形结构，所述第三天线块的面积大于所述第一天线块的面积或所述第二天线块的面积；
62.所述第一天线块、所述第二天线块和所述第三天线块朝向所述第二辐射单元30的侧面均开设有多个具有预设宽度的凹槽，其中，第三天线块的凹槽数量大于第一天线块的凹槽数量或第二天线块的凹槽数量。
63.具体地，如图3所示，所述第一天线块为位于图3左上方向的天线块，所述第二天线块为位于图3右上方向的天线块，所述第三天线块为位于图3下方的天线块。
64.其中，所述第一天线块、所述第二天线块、所述第三天线块均为矩形块结构，三者共同组成非完全闭合的矩形环。
65.在所述矩形环上进行了三处开缝处理后，得到了所述第一天线块、第二天线块和第三天线块，各天线块之间的缝隙大小，可以用于调节阻抗匹配。
66.具体地，所述第一辐射单元21在第二辐射单元30的耦合下进行工作，所述第三天线块谐振于低频段，所述第一天线块和所述第二天线块分别与所述第三天线块的末端耦合，谐振于高频段，通过调节在第一辐射单元21上开缝的位置，可以实现第三天线块与所述第一天线块或第二天线块的耦合模式在容性耦合和感性耦合的切换，将谐振信号传递至馈电输入端调节整体的输入阻抗，从而能够改善单极子馈电贴片天线的阻抗匹配性能。
67.所述第一辐射单元21的各天线块不直接相连，但在所述第一辐射单元21的环形结构中的电流电路，可以形成一个与所述环状结构等同的闭合回路。
68.在实际应用过程中，所述第一辐射单元21对应控制单极子馈电贴片天线的工作模式包括第二谐振模式和第三谐振模式。
69.其中，如图5所示，所述第二谐振模式也称为了环谐振模式，如图6所示，所述第三谐振模式也称为槽谐振模式。
70.具体地，第二谐振模式为低频段谐振，其对应的低频频段的波长对应所述第一辐射单元21环形结构的周长。
71.第三谐振模式为中频段谐振，其对应的中频频段的波长的1/2约为第三天线块的凹槽宽度。
72.具体的，所述第一辐射单元21的宽度影响所述第三谐振模式的中频谐振频率，也影响第一辐射单元21和第二辐射单元30的耦合。
73.在具体实施例中，通过优化各天线块的凹槽宽度和第一辐射单元21环形结构的周长，确保谐振频率落在中频和低频。在各天线块的内侧加入锯齿形结构，能够有效增加第一辐射单元21内侧表面的电流路径，使第二谐振模式下，所述单极子馈电贴片天线激励出的谐振频率更低。
74.具体地，各天线块内侧的锯齿形结构设置，有效减小了天线尺寸，实现了贴片天线小型化的目的。
75.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一天线块中开设有一个矩形槽，所述第二天线块中开设有一个矩形槽，所述第三天线块中开设有四个矩形槽。
76.在具体实施过程中，通过在第一辐射单元21的天线块中开设六个矩形槽的方式，能够有效改善高频的阻抗匹配性能。以进一步提升单极子馈电贴片天线处于第一谐振模式或第四谐振模式下的高频性能。
77.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第三天线块还包括两个对称设置于所述第三天线块底部两侧的矩形枝节。
78.具体地，如图3所示，在第三天线块下方增加两个对称矩形枝节，也可以称为开路枝节，所述矩形枝节的尺寸低于第二谐振模式下低频信号的1/8波长。
79.所述矩形枝节能够有效调节馈电输入端与天线产生的额外感抗分量，可以优化天线方向图的方向性。
80.具体地，参考图7，本实施例中的第一寄生单元22可以为一个开设了十字槽的菱形贴片，具体的，所述第一寄生单元22也可以为一个开设了十字槽的圆形贴片、矩形贴片或多边形贴片，此处不对所述第一寄生单元22的产品类型作具体限定。
81.如图7所示，第一寄生单元22放置于所述第一辐射单元21的单极子天线的顶部正上方，可以通过容性耦合的方式，提高天线整体的阻抗匹配性能。
82.另外，所述第一寄生单元22可以在垂直极化方向产生相对于所述第二辐射单元30的二次辐射，形成一个额外的高频谐振，即使所述单极子馈电贴片天线进入第四谐振模式。
83.具体地，第四谐振模式下的高频频段波长的1/4为所述第一寄生单元22的菱形边长。
84.在具体实施例中，本实施例中的第一寄生单元22通过开设十字槽的方式，形成磁耦合穿透辐射，能够减少对第二辐射单元30的性能抑制，同时也不会影响第二辐射单元30与第一寄生单元22的能量耦合，能够提升天线整体的全向辐射性能，提升抗干扰能力。
85.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第二寄生单元23还包括一个朝向所述第二辐射单元30的凹槽。
86.具体地，设置在第一辐射单元21和第二辐射单元30之间的第二寄生单元23可以为如图3所示的矩形贴片，且所述矩形贴片上包括一个朝向单极子天线的凹槽。
87.所述第二寄生单元23通过耦合第一辐射单元21上的能量，能够调节低频的阻抗匹配。且所述凹槽的设置在所述第二辐射单元30的顶部，能够有效改善高频方向图的水平面的不圆度。
88.如图1-3所示，在一种实施例中，所述第一辐射单元21、所述第一寄生单元22、所述第二寄生单元23均以对称的方式设置于所述介质基板10的正面，所述第二辐射单元30和所述凹形接地单元31均以对称的方式设置于所述介质基板10的背面。
89.具体地，可以通过改变所述第一辐射单元21、所述第一寄生单元22、所述第二寄生单元23、所述第二辐射单元30和所述凹形接地单元31的具体结构的方式改变本实施例提出的单极子馈电贴片天线的辐射性能以及抗干扰能力。
90.本技术实施例提供了一种单极子馈电贴片天线，带宽能覆盖sub-6g的中高频频段，相对带宽能达到102.7％，通过所述第一辐射单元、所述第一寄生单元、所述第二寄生单元、所述第二辐射单元和所述凹形接地单元的具体结构，可提供稳定的全向辐射特性和抗
干扰能力。实现了微带天线小型化、超宽带、高效率的改进。
91.另外，本技术实施例还提供了一种通信设备，所述通信设备包括前述实施例中的单极子馈电贴片天线。
92.综上所述，本技术实施例提供了一种单极子馈电贴片天线及通信设备，在有效空间的介质基板上，通过单极子耦合槽环激励出四种不同谐振模式，来实现天线的超宽带特性，相对带宽达到102.7％。且四个谐振模式工作时的辐射模式几乎相似，天线也具有稳定的全向辐射特性。本发明结构简单，易于加工，能很好的实现小型化超宽带功能，并且具有较强的频率选择性，稳定的全向辐射特性，且抗干扰能力强。
93.另外，上述实施例中提到的通信设备的具体实施过程，可以参见上述方法实施例的具体实施过程，在此不再一一赘述。
94.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
95.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
96.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
97.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。